Cómo funciona una pila de combustible
Figura 1. Esquema general de una PEMFC. El H2 (combustible) fluye hacia el lado anódico donde el H2 se disocia en protones y electrones. Los electrones fluyen por el circuito mientras que los protones se transfieren a través del electrolito (Nafion®) al lado catódico. Aquí se encuentran con el O2 en el cátodo y se combinan para formar H2O.
El precio de mercado fluctuante de los distintos MGP también es un factor que contribuye. El Pd suele ser más barato que el Pt (normalmente por >3 veces), pero periódicamente se alcanza la paridad, por ejemplo, en el año 2000 y de nuevo en 2018 1; (actualmente ~1.000 $/oz). El precio del Pt se mantuvo estable entre ~1980 y 2000 en ~500 $/oz, pero alcanzó periódicamente los 1.500 $/oz desde 2008 hasta 2014. El ahorro en el MGP ofrecería la misma flexibilidad que en los catalizadores de automoción, «ganando tiempo» para que se desarrollen catalizadores de CF alternativos, en el contexto de la urgencia de implementar la energía de carbono cero.
En la ingeniería de las nanopartículas biosintetizadas (Bio-NP) como catalizadores de la CF, un factor clave a tener en cuenta es el microentorno en el que se asienta la NP. Como se muestra en la Figura 2, la ORR se produce en los lugares en los que interactúan el electrolito, el oxidante gaseoso y el catalizador soportado en un material conductor, lo que se conoce como la triple frontera de fase (TPB). Por lo tanto, es esencial recrear el TPB utilizando Bio-NPs y esto puede resultar un reto. Las bacterias son intrínsecamente no conductoras y las nanopartículas sintetizadas suelen estar localizadas tanto en la superficie de la célula como en el interior de la misma (Omajali et al., 2015), por lo que no están en contacto con el electrolito ni con el soporte conductor. Anteriormente se han utilizado diversas estrategias para paliar estos problemas (Yong et al., 2010; Attard et al., 2012; Xiong et al., 2015; Liu et al., 2016), sin embargo ninguno de los materiales resultantes es directamente aplicable como potencial catalizador comercial.
¿De qué materiales están hechas las pilas de combustible?
Los componentes principales de una pila de combustible son un electrolito conductor de iones, un cátodo y un ánodo, como se muestra esquemáticamente en la Fig. 1. En el ejemplo más sencillo, un combustible como el hidrógeno se introduce en el compartimento del ánodo y un oxidante, normalmente oxígeno, en el compartimento del cátodo.
¿Cómo se fabrican las pilas de combustible de hidrógeno?
Hay varias formas de producir hidrógeno: Reformado/gasificación del gas natural: El gas de síntesis -una mezcla de hidrógeno, monóxido de carbono y una pequeña cantidad de dióxido de carbono- se crea haciendo reaccionar el gas natural con vapor a alta temperatura. El monóxido de carbono se hace reaccionar con agua para producir más hidrógeno.
¿Puedo comprar una pila de combustible de hidrógeno?
Varios fabricantes de vehículos han empezado a fabricar vehículos eléctricos de pila de combustible de hidrógeno para vehículos ligeros en mercados seleccionados, como el sur y el norte de California, donde hay acceso a estaciones de servicio de hidrógeno. … Consulte FuelEconomy.gov y la búsqueda avanzada de vehículos y combustibles alternativos para encontrar vehículos disponibles.
Empresa de pilas de combustible
Las pilas de combustible y las baterías son similares, ya que ambas generan electricidad. Pero una batería almacena la energía en sus electrodos, mientras que una pila de combustible utiliza un combustible externo, como el hidrógeno, lo que le permite seguir funcionando mientras haya combustible disponible. Sin embargo, a diferencia de las baterías convencionales, las pilas de combustible no contienen materiales nocivos ni tienen piezas móviles, lo que reduce al mínimo los requisitos de mantenimiento.
Todas las pilas de combustible tienen una configuración similar, un electrolito y dos electrodos, pero hay diferentes tipos de pilas de combustible basados principalmente en el electrolito que utilizan. Hay seis tipos principales de pilas de combustible: PEM (membrana de intercambio de protones), DMFC (pila de combustible de metanol directa), MCFC (pila de combustible de carbonato de molón), PAFC (pila de combustible de ácido fosfórico), SOFC (pila de combustible de óxido sólido) y AFC (pila de combustible alcalina). La tecnología dominante es la pila de combustible de membrana de intercambio de protones debido a su versatilidad, durabilidad y uso para una serie de aplicaciones.
Una pila de combustible se compone de pilas de combustible individuales superpuestas. Dependiendo de la aplicación, la pila de combustible puede contener cientos de células individuales superpuestas. Esta escalabilidad permite configurar las pilas de combustible en una amplia gama de tamaños para adaptarse a la cantidad de energía deseada, ya sea un tren, un dron, un edificio o un coche. La electricidad producida por una pila de combustible alimenta un motor de tracción para impulsar las ruedas de un vehículo o cualquier otro dispositivo.
¿Son recargables las pilas de combustible?
Mientras tanto, el sistema de pilas de combustible electrónico puede recargarse simplemente sustituyendo la solución de combustible electrónico agotada por una nueva, como si se tratara de un repostaje de gasolina, lo que acorta enormemente el tiempo de recarga.
¿Cuánto cuesta un galón de hidrógeno?
El combustible de hidrógeno es mucho más eficiente que la gasolina, pero también es cuatro veces más caro, lo que equivale a unos 16 dólares por galón.
¿Cuánto cuesta una pila de combustible?
En contraste con estos costes de la batería, los operadores informaron de un coste medio de 33.000 dólares para un sistema de pila de combustible para ascensores de clase I y II (normalmente de 8 a 10 kW de tamaño), con costes que oscilan entre 32.000 y 34.000 dólares.
Tecnología de las pilas de combustible
Hay tres razones principales para utilizar el hidrógeno. En primer lugar, entre todos los combustibles (metanol, etanol, ácido fórmico, etc.), la densidad energética basada en el peso del combustible de hidrógeno es la mayor, con 33,3 Wh/g. En segundo lugar, de todos los combustibles fluidos (sólidos fluidificados, líquidos, vapores, gases) que se podrían utilizar, el hidrógeno es el más fácil de oxidar en condiciones de temperatura y presión casi ambientales. La tercera razón es que si el cátodo utiliza aire, concretamente oxígeno en el aire, entonces el proceso en la pila de combustible puede ser de emisión cero (sin gases de efecto invernadero ni contaminación) porque los únicos productos son electricidad, calor y agua. Las pilas de combustible PEM sólo son de emisión cero si no hay (o hay un consumo neto cero) de hidrocarburos en ninguna parte del proceso.
Los electrolitos de polímero sólido que poseen grupos funcionales de base ácida tienen numerosas ventajas, lo que hace que las pilas de combustible PEM sean atractivas para aplicaciones a menor escala, como la energía portátil, de reserva o estacionaria (calor y energía combinados) y, por último, el transporte. Algunas de las características más atractivas de las pilas de combustible PEM son: funcionamiento continuo (sin recarga), sistema compacto, alta densidad de potencia y funcionamiento a temperaturas relativamente bajas (menos de 90oC o 194oF), así como una emisión baja/cero del sistema de pilas de combustible cuando funciona con hidrógeno.
¿Puede una pila de combustible de hidrógeno alimentar una casa?
El oxígeno se libera y el hidrógeno se almacena en la «esponja» de hidruro metálico patentada por LAVO. El hidrógeno gaseoso se vuelve a convertir en electricidad cuando se necesita, mediante una pila de combustible. … El sistema puede almacenar unos 40 kilovatios-hora de electricidad, suficiente para alimentar una vivienda media durante dos días.
¿Cuánta agua produce una pila de combustible?
En una pila de combustible de hidrógeno típica, cada kilogramo de combustible produce 9 kg de agua. Así, la producción de agua podría ser un subproducto de la generación de energía in situ. Por ejemplo, el consumo medio de electricidad de los hogares en Estados Unidos es de aproximadamente 31 kWh al día [4].
¿Cómo se puede dividir el agua sin electricidad?
Se han descrito más de 352 ciclos termoquímicos para la división del agua o termólisis., Estos ciclos prometen producir hidrógeno-oxígeno a partir de agua y calor sin utilizar electricidad. Dado que toda la energía de entrada para estos procesos es calor, pueden ser más eficientes que la electrólisis de alta temperatura.
Sistema de pilas de combustible
Este artículo necesita ser actualizado. Por favor, ayude a actualizar este artículo para reflejar eventos recientes o nueva información disponible. (Febrero 2021)Dispositivo que convierte la energía química de un combustible en electricidad
Una pila de combustible es una célula electroquímica que convierte la energía química de un combustible (a menudo hidrógeno) y un agente oxidante (a menudo oxígeno[1]) en electricidad a través de un par de reacciones redox[2] Las pilas de combustible se diferencian de la mayoría de las baterías en que requieren una fuente continua de combustible y oxígeno (normalmente del aire) para mantener la reacción química, mientras que en una batería la energía química suele proceder de los metales y sus iones u óxidos[3] que normalmente ya están presentes en la batería, excepto en las baterías de flujo. Las pilas de combustible pueden producir electricidad de forma continua mientras se les suministre combustible y oxígeno.
Las primeras pilas de combustible fueron inventadas por Sir William Grove en 1838. El primer uso comercial de las pilas de combustible se produjo más de un siglo después, tras la invención de la pila de combustible de hidrógeno-oxígeno por Francis Thomas Bacon en 1932. La pila de combustible alcalina, también conocida como pila de combustible Bacon en honor a su inventor, se ha utilizado en los programas espaciales de la NASA desde mediados de los años 60 para generar energía para los satélites y las cápsulas espaciales. Desde entonces, las pilas de combustible se han utilizado en muchas otras aplicaciones. Las pilas de combustible se utilizan como energía primaria y de reserva para edificios comerciales, industriales y residenciales y en zonas remotas o inaccesibles. También se utilizan para alimentar vehículos con pilas de combustible, como carretillas elevadoras, automóviles, autobuses, barcos, motocicletas y submarinos.